早先已經實現利用高次諧波(HHG)促使亞飛秒量級的相干極紫外(EUV)輻射的發生。這種可行性在十年前就以得到驗證,并且,高次諧波(HHG)有著廣泛的應用領域,包括原子分子物理、表面科學和成像。極紫外輻射發光是源自于強激光場與原子或分子的相互作用。強場使得庫倫壁壘發生彎曲,能夠使一個受約束的電子波包穿過壁壘,離開母離子。當激光電場發生反轉時,波包獲得反向加速度,向母離子運動,并與母離子重新結合,激射出一個極紫外光子。這個過程每一個激光周期內發生兩次,因此能夠獲得飛秒脈沖輻射序列。對于激光脈沖持續時間僅為幾個周期的情形,高能量光子輻射可以視作發生在一個時序內,從而可以產生獨立的飛秒脈沖(IAP)。這項技術通常被稱為“振幅門”,傳統手段是利用鈦寶石再生放大器輸出脈沖后壓縮獲得。提出了另外一種可以選擇的門技術,避免了對脈沖持續時間的嚴格要求。然而,這以上所有系統構型均依賴于激光器本身,受到了由于光熱效應而受限的重復頻率的限制。盡管早先也有高重復頻率高次諧波以及其他強場過程的源提出和實現,孤立飛秒脈沖序列的重復頻率仍然限制在幾千赫茲內。這對系統的多數應用有著很嚴重的限制,尤其是在信噪比和光電子或離子化碎片統計方面。
近些年來,在先進阿秒激光物理學中,光參量放大器被視作一個很有前景的技術手段。光參量放大器能夠提供極大的增益帶寬,支持多波長范圍的幾個周期脈沖放大,同時由于其優異的光熱特性,有希望成為強場少周期脈沖的高重復頻率源。
在本項研究工作中,我們搭建了一臺極紫外兆赫茲連續源,并證實了孤立飛秒脈沖技術的可行性,實現了當前阿秒科學中的一些技術突破。一個由光纖激光器抽運的兩級光參量啁啾脈沖放大器(OPCPA)系統提供載波包絡相位(CEP)穩定的14微焦脈沖,其中心波長為918nm,其中在2.1個周期的持續時間內(6.6fs),在氬氣中做高次諧波(HHG)的驅動源。使用200 nm鋁制濾波器消除基波輻射,并利用平場光柵分光儀對脈沖進行時間和空間整形。載波相位包絡和驅動激光脈沖啁啾由一對融石英光楔對控制。同時,可使用可調節的虹膜來減少反應區域的強度,從而將截止光子能量移至低于鋁的L吸收限(73eV)的水平。
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